CN1863039A - 基于音频的隐藏通信系统和通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以音频信号为载体，以模拟音频通道为信道的隐藏通信系统。本发明的系统是以在模拟音频通道中传输隐藏信息为目的，并具体解决了系统对载体噪声干扰的抵抗和信息传输的接收同步等技术关键。在发送子系统中，系统通过改进的扩展谱方法，即“双相调制”扩展谱技术，将隐藏信息嵌入到普通的音频信号中。该技术的采用能够有效地减小音频载体信号对隐藏信息解调的干扰。同时针对隐藏信息的编码方式，系统引用了RS信道编码方案，以增强对噪声干扰的鲁棒性。另外，利用上述改进的扩展谱技术，系统在载体的高频段中嵌入信号帧同步信息，并在接收方子系统中对其进行相关提取，并通过同步信号的相位调整信号帧同步点来实现信息的接收同步。

Description

基于音频的隐藏通信系统和通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种以音频信号为载体的隐藏通信系统及通信方法，包括通信系统的结构和涉及到的有关技术。

背景技术

隐藏通信技术是近年来发展起来的一门新兴技术。它可以将一种信息隐藏在另一种信息中，并发送给信息的接收者。该技术在很多情况下可以得到应用。例如，在当今社会，信息安全问题已显得越来越突出，然而传统的加密方法又容易暴露被加密信息的重要性和信息拥有者的身份，于是隐藏通信便成为了一种新的信息安全策略。它可以将要保护的重要信息隐藏在被称为载体的普通信息中，如普通的视频、音频和图像信息，再进行传输或存储，这样就可以有效地避免重要信息被发现和破坏。另外，由于隐藏通信技术能够在保证载体信息主观质量不受影响的前提下嵌入其它信息，因此对很多媒体产品来说，可以利用该技术将与其内容相关的信息，如内容简介、作者说明等等，隐藏在其中，并在接收设备中提取，使之更方便于用户使用。

音频信息是日常生活中一种常见的信息形式，是隐藏通信的常用载体。当前的音频隐藏通信技术包括低比特位法、回声隐藏法、相位编码法、扩展频谱法等。其中扩展谱隐藏法在保密性、抗干扰性等方面都优于其它方法而成为该领域的主流技术。该方法借鉴了扩频通信技术的思想，将隐藏数据表示为一段扩频序列，嵌入到音频载体信号中，并在接收方利用相关检测法对信息进行提取。这种方法的优点在于表示信息的信号能量被分散到较宽的频带上，功率谱密度很低，不会影响原始信号的主观质量。另外，即使信道中含有加性或卷积噪声干扰，信息也不会被完全破坏。扩展谱方法主要存在两种形式：一种是时域形式，即将扩频序列直接叠加在载体信号上；另一种是频域形式，即将扩频序列嵌入到载体信号的频谱中。

然而当前的有关技术和方法大多针对如何在数字音频信号中隐藏信息，所隐藏的数据量也很有限。而如何在模拟音频信道中进行较高数据量的隐藏通信尚未得到很好的解决。具体而言，其所面临的问题集中在以下两个方面：

一是在接收方无法拥有原始载体信息的情况下，当前的技术难以提高信息的嵌入量。在这种基于扩展谱方法的音频信息隐藏技术中，一个比较突出的问题在于原始音频载体会对信息提取造成影响，因为相对于隐藏信息而言，载体音频信号相当于一种干扰噪声，又被称作“载体噪声”，而在很多应用中，接收方又无法事先拥有载体信号(在这种情况下提取信息一般被称作“盲提取”)，也就无法从接收信号中将其完全去除。由于这种噪声的存在，系统只能靠减小信息的嵌入量来保证信息提取的可靠性，因此隐藏的信息量受到了严重的限制。如何避免或减小载体噪声的影响，以提高信息的嵌入量，已成为这一领域的研究热点。

二是在模拟信道中进行隐藏通信时，难以实现发送方与接收方的同步。对通信系统而言，同步是一个极为重要的问题。隐藏通信不同于传统意义上的通信系统，它无法直接地在信道中加入同步信号，否则就失去了隐藏的意义。然而，在模拟音频信道中，发送方和接收方的信号抽样率不可能完全相同，失步问题必然存在。因此实现隐藏信息的发送方与接收方的同步是需要我们进一步解决的问题。

这些问题的解决以及相关系统的产生将会得到如下一些应用：

1.可作为保密通信，用于涉及国家安全及商业机密的通信领域中。

2.可利用其对现有模拟调频广播进行升级改造，使之在具有音频广播功能的基础上能同时传输用于商业广告和信息提示等方面的文字信息。这种升级方式的优点在于投入成本低，且能对现有的音频广播系统兼容。

3.可广泛应用在语言教学领域中(如复读机等各种语言教学设备)。

发明内容

本发明的目的是提供一种在模拟音频信道中进行较高数据量的隐藏通信系统和方法，具体解决两方面问题：一是如何改进扩展谱技术中的信息嵌入和提取方法，以尽量减小载体噪声干扰，使得在盲提取情况下，提高信息的嵌入量；二是如何在模拟音频信道中实现隐藏信息的接收同步。

本发明所采取的技术方案基于一种改进的频域扩展谱信息隐藏技术。它利用“双相码”作为隐藏信息的基带形式，通过对扩频序列进行“双相调制”以从频谱上避开与载体噪声的混叠。另外，发明中还引入了信道编码方法，能从而提高信息的嵌入量和提取的可靠性。

本发明中还重点解决了隐藏通信中的同步问题。系统利用扩展谱技术在音频信号的高频段将信号帧同步信息隐藏其中，再由接收方将其提取并调整同步点，以实现信号帧同步。

另外，本发明还利用了听觉掩蔽模型估计信息嵌入深度；引用了信道编码技术提高信息传输的可靠性。

根据本发明的隐藏通信系统包括发送方子系统和接收方子系统。

发送方子系统包括：

信道编码模块，用于对要隐藏发送的信息进行编码；

信息嵌入模块，该模块利用“双相调制”扩频序列嵌入技术，将编码后的隐藏信息嵌入在载体音频信号中，并同时嵌入信号帧同步信息；

模拟音频发送模块，用于将处理后的嵌有隐藏信息的数字信号转换为模拟信号，并发送到信道中；

接收方子系统包括：

模拟音频采集模块，用于接收信道中的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号；

信号帧同步模块，用于将转化后的数字信号进行信号帧同步；

信息提取模块，用于从同步后的信号提取隐藏信息；

信道解码模块，用于将提取出的隐藏信息纠错；

信息显示模块，用于将隐藏信息显示出来。

根据本发明的基于音频的隐藏通信系统，特点在于隐藏信息在模拟音频信道中传输，因此发送方和接收方子系统中分别包含了模拟音频发送和采集模块(有什么结构特点，请写出来，好像说了半截话)。另外接收子系统中的核心模块信息提取模块是基于数字信号处理器(DSP)实现的。

根据本发明的基于音频的隐藏通信方法，具体步骤如下：

在发送方子系统中：

1)在信道编码模块对要隐藏发送的信息进行编码；

2)将上一步编码后的隐藏信息输入到信息嵌入模块，利用“双相调制”扩频序列嵌入技术，嵌入在载体音频信号中，并同时嵌入信号帧同步信息；

3)将处理后的嵌有隐藏信息的数字信号，在模拟音频发送模块中转换为模拟信号，并发送到信道中；

在接收方子系统中：

1)通过模拟音频采集模块接收信道中的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号；

2)将转化后的数字信号输入到信号帧同步模块，进行信号帧同步；

3)同步后的信号输入到信息提取模块提取隐藏信息；

4)将上一步得到的信号输入到信道解码模块，进行纠错；

5)最后将纠错后的信息输入到信息显示模块，将隐藏信息显示出来。

根据本发明的基于音频的隐藏通信系统，包括信息发送子系统和信息接收子系统两部分。系统中采用的技术主要包括，时频域转换、扩频序列的“双相调制”、同步技术和信道编码。下面将分别介绍各个技术内容。

1.时频域转换

时频域的相互转换是频域扩展谱信息隐藏的必要步骤。在本发明中采用了加窗傅氏变换的方法。

2.“双相调制”扩频序列的嵌入与提取

“双相调制”扩频序列嵌入技术的基本思想是利用“双相码”，即以一个周期的方波表示“0”，其反相波形表示“1”，对根据隐藏信息从扩频序列集中选择出的扩频序列进行调制，并将调制后的结果，包含原序列和其反相序列，嵌入在连续的若干帧信号的低频频谱中。提取信息时需要遍历扩频序列集中的每一个序列，分别对若干帧接收信号的低频频谱作相关，对所得的相关结果序列还要与方波信号作内积，并依据内积结果的绝对值作信息判决。该技术的特征是扩频序列与其自身的反相序列先后嵌入到连续若干帧信号中，原序列与其反相序列的嵌入顺序以及序列本身都表示着单位隐藏信息(如一个字节)的内容。这种嵌入方式有利于在提取信息时，减小载体音频信号的干扰。

3.同步信息的嵌入和提取

由于在发送方信息是分帧嵌入的，因此接收方必须先实现信号帧同步，才能进行相关提取。信号帧同步信息的嵌入是指将与单位隐藏信息(如一个字节)嵌入周期具有相同周期的方波信号嵌入音频信号中。嵌入方法与“双相调制”扩频序列嵌入的方法类似，不同之处在于所嵌入扩频序列是固定的，并利用固定相位的方波信号对其进行调制，调制后的结果嵌入在每帧信号的高频频谱中。提取时用嵌入序列对每帧接收信号的高频频谱作相关，并对由若干帧得到的相关序列通过傅氏分析提取相位信息，以零相位所在位置作为帧同步点。

4.信道纠错编码

在通信系统中常利用纠错编码的方法对误码进行纠正，本系统引入了ReedSolomon(RS)编码技术进行信道纠错。RS码是一种多进制的分组纠错码，可以纠正不大于分组长度一半的任意多个错，纠错效率高。

以上我们详细介绍了系统的实现结构和所采用技术的详细内容。其中信息的嵌入部分和信道编码部分在计算机中实现；接收同步、信息提取以及信道解码等工作将在DSP中完成。

本发明中所采用的技术能够有效地解决在模拟音频信道中进行隐藏通信的关键问题。其技术优点体现在以下几个方面：

“双相调制”扩频序列嵌入技术能有效地减小载体噪声对信息提取的干扰。根据实验观察和理论分析，在频域扩展谱方法中，载体噪声的能量主要集中在直流和低频段，而高频能量相对较小。本发明中采用的双相码基带信号能量主要集中在高频段，这一特性使相关检测所得到的有用信息与载体噪声在频谱上得到一定程度上的分离，再通过核函数内积方法能够将能量较大的低频部分载体噪声去除掉。根据本发明的基于音频的隐藏通信系统，由于在信息嵌入过程中利用了掩蔽模型计算嵌入深度，载体音频的主观质量没有明显下降。我们采取主观评测的方法对声音质量予以鉴定。被试为6名听力检测正常的学生，其中男女各半。评测对象是10段声音信号。包括演唱歌曲4段、乐曲3段和纯净语音3段。测试过程是使6名被试人用收音机分别收听10段声音的原始信号和嵌入信息后的信号，比较二者的区别，并对后者作出主观评价。测试结果表明：经隐藏处理的声音信号与原始信号略有差别，但听不到明显的噪声失真。

本发明中系统采用的载体信号为16kHz抽样率16位比特量化的音频信号，信息嵌入数据量达到16bytes/s，即128bits/s。另外，为了保证信息的可靠性，系统引入了信道编码，可以保证在25％的信道误码率情况下能将隐藏数据无误传输。综合计算，系统的有效信息传输率为32bits/s。

发明中所提出的同步技术已在实验中被证实是可行的。实验中系统设定信息发送方与接收方的抽样率均为16000Hz，而实际系统中的误差使双方的抽样率相差近10Hz。通过同步技术，接收子系统能实时地调整同步点，准确地跟踪信号帧起始端，并顺利地进行数据解调。。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步详细地说明：

图1是根据本发明的系统的结构框图，其中

图1a是发送方子系统结构框图，

图1b是接收方子系统结构框图；

图2是时频域的相互转换示意图；

图3是DSP系统板的硬件组成；

图4是DSP系统板上的信号处理流程图。

图5是同步序列和信息序列嵌入的示意图；

图6是核函数；

具体实施方式

下面参照本发明的附图，更详细地描述本发明的最佳实施例。

根据本发明的基于音频的隐藏通信系统包括信息发送子系统和信息接收子系统两部分，系统的结构框图如图1所示，其中图1a是发送方子系统结构框图，图1b是接收方子系统结构框图。以下将结合附图详细介绍系统结构。

在本发明中实现了一个以广播音频信号为载体以调频广播为传输方式的隐藏通信系统。系统将文本信息嵌入音频信号中，处理后的信号通过调频广播发送，再由调频收音机接收并将解调的声音信号输入一个DSP设备，通过信息提取算法把隐藏信息提取出来，并显示在液晶屏上。其中信息的嵌入部分和信道编码部分在计算机中实现；接收同步、信息提取以及信道解码等工作将在DSP中完成。系统包括发送方子系统和接收方子系统，以下将予以分别介绍。

1.发送方子系统的实现

1)硬件组成

该子系统以计算机作为信号和信息处理平台，实现信道编码和信息嵌入模块中的算法。模拟音频发送模块包括计算机声卡以及无线调频发射电路，发射频率为88.1MHz，发射功率0.5w。

2)实施流程

在发送方，需要输入的音频信号是以离散采样值的方式保存在wav文件中。其采样速率为16kHz，量化精度16位。需要嵌入的信息是与音频内容有关的文本信息，以字节形式输入。以下将按图1a所示的发送方子系统结构框图详细介绍各模块的具体实现过程

信道编码模块

系统传输的信息是以字节为单位，可以表示成256进制的码字，因此本模块中选用256进制码字的Reed Solomon(RS)信道编码器。编码器将每8个输入字节作为一组，经分组编码输出28个含纠错码的码组，再添加4个作为帧头的特定码字组成一帧数据，输入到信息嵌入模块。

信息嵌入模块

该模块首先将音频数字信号分帧作变换，并在转换后的频谱中嵌入表示隐藏信息和信号帧同步信息的扩频序列，再将处理后的信息恢复为时域信号，输入到音频发送模块。以下将分别介绍模块中涉及的时频域转换技术、“双相调制”扩频序列嵌入技术、和信号帧同步信息嵌入技术。

(a)时频转换技术

在本发明中采用了加窗傅氏变换的方法实现时频域转换。具体步骤包括将一段短时信号帧加汉宁窗后作傅氏变换，得到频谱信息并作中间处理。处理后的频谱经由反傅氏变换后再加汉宁窗并与上一帧信号的变换加窗结果进行混叠相加。图2显示了该模块的具体流程。其中帧长为512个样点，帧移128个样点。

(b)“双相调制”扩频序列嵌入

本发明中采取的方法是一种改进的频域扩展谱信息隐藏技术。在一般的频域扩展谱方法中，扩频序列的嵌入是通过对频谱系数的修正来实现的。如(1)式：

$Y\left(n\right)=X\left(n\right)\·{10}^{\mathrm{\α}{w}_j\left(n\right)}---\left(1\right)$

其中，X(n)是原始信号的频谱，Y(n)是修正后的结果。w_j(n)为扩频序列w_j的第n个片断，w_j(n)∈{-1，+1}，而α表示嵌入深度。一般来说，扩品序列的选取和嵌入方式随信息的编码方式不同而存在两种方式：一种方式适用于对多进制信息编码，即根据要隐藏的多进制信息符号，从已知的扩频序列集中挑选出一个序列嵌入载体中。在这种方式下，扩频序列集的容量N与单个信息符号的信息量R有关，N＝2^R。另一种方式则适用于二进制信息编码，即固定扩频序列w_j而用α的正负极性来表示0和1。

信息的提取也存在相应的两种方式：一种是遍历已知扩频序列集中的每一个序列w_i作为本地序列与接收信号的对数谱作相关，如(2)式，并根据最大的相关结果作判决。另一种则以固定的嵌入序列w_j进行相关接收，通过相关值的正负作判决。

$C_i=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_i\left(n\right)\·1g\left[\right|Y\left(n\right)\left|\right]---\left(2\right)$

在本发明中，系统结合了上述两种信息嵌入与提取方式，并对扩展谱技术进行了改进。

通过上述时频变换方法，系统将音频载体信号由时域转换到频域，然后利用频域扩展谱方法，将一个字节(byte)信息B隐藏在连续8帧信号中。区别于一般方法，在本发明中，扩频序列要经过一次“双相调制”后再嵌入载体中，具体的实现方式如下：

根据字节B的前7位比特信息从一个包含2⁷＝128个扩频序列的码集合中挑选出待嵌入的扩频序列w_j。同时根据B的末位比特选择一个“双相码”，即用一个周期的方波表示1，它的反相波形表示0，并以此调制选出的w_j。嵌入过程相当于原始载体频谱X(n)乘以一个修正项10^αwj(n)S，如(3)式：

$Y\left(n\right)=X\left(n\right)\·{10}^{\mathrm{\α}{w}_j\left(n\right)S}---\left(3\right)$

其中S代表双相码信号。具体来说，当隐藏字节B的末位为1时，令S在前4帧中等于1，而在后4帧中等于-1；当字节B的末位为0时，则S的取值顺序相反。

参数α是通过计算载体信号的听觉掩蔽阈值得到的。本发明使用了MPEG-I音频压缩标准中推荐的第一心理声学模型作为掩蔽模型。

嵌入信息时，每一个字节隐藏在连续8个这样的帧信号中。所用到的扩频序列码集是由128个127位长的Gold码组成的集合。8kHz的信号带宽被分解为256条谱线。其中0.125kHz-4.056kHz频段(对应于第4条至第130条谱线)用以嵌入“双相调制”后的扩频序列。

生成的频谱Y(n)再经过上述时频转换技术恢复成时域信号并发送到音频信道中进行传输。

(c)同步信息的嵌入

信号帧同步信息的嵌入方法与上面介绍的隐藏字节信息嵌入方法(如(3)式)类似。在每帧信号的高频段中均嵌入一段固定的63位长的扩频序列w_s(称为同步序列)，而S的取值仍为+1或-1，且每隔四帧变换一次。这一过程相当于将周期变化的信号通过扩展谱方法隐藏到音频信号的高频中。

将音频信号频带范围内的的4.087kHz-6.022kHz用作信号帧同步带，用于嵌入同步序列，对应谱分析所得到的第131条到第193条谱线。

模拟音频发送模块

隐藏信息的音频信号可以实时方式由计算机声卡播放，也可存为数字音频文件，非实时播放。声卡输出的模拟音频信号经无线调频电路调制发送。2.接收方子系统的实现

1)硬件组成

接收方子系统由两部分组成：调频收音机和DSP系统板。

收音机用于完成调频信号的接收和音频信号的解调工作。本系统使用的是德生公司出产的R102型调频调幅立体声收音机。调频接收频段87-108MHz，灵敏度10微伏。将接收频率固定在88.1MHz，可接收到发送子系统发射的信号。

解调的声音信号被输入到自行开发的基于DSP的嵌入式系统中。该系统的硬件组成以及信号处理流程分别如图3和图4所示：

其中A/D转换器是由TI公司出产的TLC320AD50I。该器件的采样精度为16位，最大采样率可以达到22.05kHz。且信噪比可达到89db。适用于音频信号采集。在本系统中，A/D转换器的采样速率被设置为16kHz，通过SPI串行方式完成与DSP的通信。A/D工作在主方式下，DSP工作在从方式下。

信息提取算法在DSP器件TMS320VC5509中完成。该器件是TI公司生产的16位整型数字信号处理器。它具有运算速度高、功耗低等特点。在本系统中，DSP的工作主频被设置为72MHz。

DSP程序存储在一片8Mbits容量的闪速存储器(Flash)AM29LV8000中。另外，系统中还配有一片CPLD用于完成一些基本的逻辑功能，包括对晶振分频作为AD的时钟输入，以及给出DSP和RAM的复位信号等等。

DSP通过SPI方式将提取的文本信息传输到液晶显示模块中。该模块以NEC公司的uD16682A为控制芯片。液晶屏幕分辨率为128*64，可显示8*4行汉字。所用到的二级字库存储在闪存中。

DSP5509内置了USB模块，作为DSP系统板与微机的通信接口，实现数据交互和程序的在线升级。

2)工作流程

以下将按图1b所示的接收方子系统结构框图详细介绍各模块的具体实现过程。

模拟音频采集模块

由收音机将无线调频信号解调为音频信号，并将解调结果输入给A/D转换器。A/D器以DMA方式将转换结果直接写入DSP的内部数据存储器中。在DSP中，共开设了3块地址连续的数据缓冲区，每块大小为1K(字)。每当DMA写满一块缓冲区，就向DSP发送一次中断，DSP接到中断后开始处理该缓冲区，同时DMA继续触发，将新的数据写入下一块缓冲区中。

信号帧同步模块

在接收方，从接收信号的任意时刻开始，按照(4)式利用同步扩频序列连续对256帧信号同步频带内的谱线作相关，得到一组256个相关值C_S(k)。对这组相关值作傅氏变换，可估计出周期为8的正弦波的零相位位置，也就是单位字节隐藏信息的嵌入起始位置。图5是同步信号嵌入和提取的示意图。

信息提取模块

从估计得到的信号帧同步点开始，重新取帧进行隐藏信息的提取。具体过程是，先将接收信号的第k帧变换到频域，再用码集中的所有扩频序列w_i(i＝0-127)与该帧信号的频谱值Y^k作相关，得到相关结果C_i ^k，以此方法得到连续8帧的相关结果序列，如(4)式所示：

$C_i^k=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_i\left(n\right)\·1g{Y}^k\left(n\right)$

$=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{w}_i\left(n\right)\·(\mathrm{\α}{w}_j\left(n\right)S^k+1g{X}^k\left(n\right))$

$=\mathrm{\α}\·S^k\mathrm{\Σ}{w}_i\left(n\right)\·w_j\left(n\right)+\mathrm{\Σ}{w}_i\left(n\right)\·1g{X}^k\left(n\right)$

$=\mathrm{\α}{\mathrm{\ρ}}_i^k+n_i^k$

$i=0-127,k=0-7---\left(4\right)$

相关结果中的αρ_i ^k是与隐藏信息有关的有用信息，而n_i ^k则是干扰信息提取的载体噪声。理论上，当i≠j时，w_i与w_j不相关，ρ_i ^k为零；当i＝j时，ρ_i ^k是一个单周期交流信号，其相位可以反映S的变化规律，即可以用来判断隐藏字节的末位比特。具体的方法是：将得到的128组相关序列C_i ^k分别与图6所示的核函数作内积，得到128个结果I_i，用t来记录其中模值最大者的下标

$I_i=\underset{k=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k-\underset{k=N/2}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k---\left(5\right)$

$t=\underset{i}{\arg }\left[\mathrm{Max}\left(\right|I_i\left|\right)\right]---\left(6\right)$

这一最大似然判决结果t用以表示接收字节B’的前7位。当I_t＞0时，B’的末位为1，反之为0。

信道解码模块

由上一模块提取出的字节以数据流方式串行输入到信道解码模块。该模块先检测帧头信息，待检测到4个特定的代表帧头的字节信息，再对后续28个码字作RS信道解码，解出代表隐藏文本信息的8个字节，输入到信息显示模块。

信息显示模块

DSP根据RS解码所得到汉字区位码，在字库中寻址，得到对应的点阵信息，然后通过串口输入至液晶屏控制芯片的RAM之中。具体输入的格式为：先输入欲显示汉字的地址，顺序如下：页地址(屏幕分为8页)，起始显示得行地址。对应在屏上相应的位置，然后输入点阵数据，其中1代表亮0代表暗。

尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于音频的隐藏通信系统，包括发送方子系统和接收方子系统，具体结构如下：

发送方子系统包括：

信道编码模块，用于对要隐藏发送的信息进行编码；

信息嵌入模块，该模块利用“双相调制”扩频序列嵌入技术，将编码后的隐藏信息嵌入在载体音频信号中，并同时嵌入信号帧同步信息；

模拟音频发送模块，用于将处理后的嵌有隐藏信息的数字信号转换为模拟信号，并发送到信道中；

接收方子系统包括：

模拟音频采集模块，用于接收信道中的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号；

信号帧同步模块，用于将转化后的数字信号进行信号帧同步；

信息提取模块，用于从同步后的信号提取隐藏信息；

信道解码模块，用于将提取出的隐藏信息纠错；

信息显示模块，用于将隐藏信息显示出来。

2.如权利要求1所述的基于音频的隐藏通信系统，其特征在于：接收子系统中的信息提取模块是基于数字信号处理器实现的。

3.一种基于音频的隐藏通信方法，具体步骤如下：

在发送方子系统中：

1)在信道编码模块对要隐藏发送的信息进行编码；

2)将上一步编码后的隐藏信息输入到信息嵌入模块，利用“双相调制”扩频序列嵌入技术，嵌入在载体音频信号中，并同时嵌入信号帧同步信息；

3)将处理后的嵌有隐藏信息的数字信号，在模拟音频发送模块中转换为模拟信号，并发送到信道中；

在接收方子系统中：

1)通过模拟音频采集模块接收信道中的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号；

2)将转化后的数字信号输入到信号帧同步模块，进行信号帧同步；

3)同步后的信号输入到信息提取模块提取隐藏信息；

4)将上一步得到的信号输入到信道解码模块，进行纠错；

5)最后将纠错后的信息输入到信息显示模块，将隐藏信息显示出来。

4.如权利要求3所述的基于音频的隐藏通信方法，其特征在于，“双相调制”扩频序列的嵌入，具体为：利用“双相码”，即以一个周期的方波表示“0”，其反相波形表示“1”，对根据隐藏信息从扩频序列集中选择出的扩频序列进行调制，并将调制后的结果，包含原序列和其反相序列，嵌入在连续的若干帧信号的低频频谱中。

5.一种基于音频的隐藏通信方法，需要对信号进行时频域之间的相互转换，和信道纠错编码，以及同步信息的嵌入与提取，其特征在于：

对信号进行“双相调制”扩频序列的嵌入与提取，具体为：利用“双相码”，即以一个周期的方波表示“0”，其反相波形表示“1”，对根据隐藏信息从扩频序列集中选择出的扩频序列进行调制，并将调制后的结果，包含原序列和其反相序列，嵌入在连续的若干帧信号的低频频谱中。

6.如权利要求5所述的基于音频的隐藏通信方法，其特征在于：对信号时频域的相互转换时，采用了加窗傅氏变换的方法。

7.如权利要求5所述的基于音频的隐藏通信方法，其特征在于：“双相调制”扩频序列的提取，具体为：提取信息时需要遍历扩频序列集中的每一个序列，分别对若干帧接收信号的低频频谱作相关，对所得的相关结果序列还要与方波信号作内积，并依据内积结果的绝对值作信息判决。

8.如权利要求5所述的基于音频的隐藏通信方法，其特征在于：扩频序列与其自身的反相序列先后嵌入到连续若干帧信号中，原序列与其反相序列的嵌入顺序以及序列本身都表示着单位隐藏信息的内容。

9.一种基于音频的隐藏通信方法，需要接收方与发送方同步，其特征在于：信号帧同步信息的嵌入与提取，具体为：

信号帧同步信息的嵌入与“双相调制”扩频序列嵌入的方法类似，不同之处在于所嵌入扩频序列是固定的，并利用固定相位的方波信号对其进行调制，调制后的结果嵌入在每帧信号的高频频谱中；

提取时用嵌入序列对每帧接收信号的高频频谱作相关，并对由若干帧得到的相关序列通过傅氏分析提取相位信息，以零相位所在位置作为帧同步点。

10.如权利要求9所述的基于音频的隐藏通信方法，其特征在于：采用ReedSolomon编码技术进行信道纠错。

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